朔州市師范學校工程場地地震地質條件分析

田亞軍

摘要：朔州市師范學校位于大同斷陷盆地次級構造單元朔州凹陷內，第四紀以來朔州凹陷沉降速率有逐漸增大趨勢，是大同盆地新構造運動較強烈的構造單元之一。為查明目標場地內第四紀隱伏斷裂發育情況及場地地震地質條件情況，基于高密度電法、鉆孔聯合剖面及原位剪切波速測試方法，對目標場地進行了工程地震地質條件勘察，勘察結果表明，目標場地內無第四紀隱伏斷裂發育;目標場地場地土類型為中軟土，建筑場地類別為Ⅲ類;未來在遭遇抗震設防烈度Ⅶ度地震影響時，目標場地不具備產生地震砂土液化、地表錯動、震陷、崩塌及滑坡地震地質災害的條件。研究成果可為巖土勘察設計及國土資源規劃提供基礎資料，同時可為朔州凹陷盆地其他新建工程提供借鑒參考。

關鍵詞：朔州盆地;地震地質條件;高密度電法;鉆孔聯合剖面

中圖分類號P642;P65文獻標志碼A

0引言

朔州市師范學校新建工程位于朔州市開發區北端，場地東側為文遠路，西側為開發北路，南端為長寧東街，北側為大運公路。工程場地中心地理坐標為：北緯39°03′23″，東經112°18′03″。項目擬新建主辦公樓、圖書館及藝術中心各1幢，其中主辦公樓規劃地下1層，地上16層，建筑平面尺寸長197m、寬28m，建筑高度為66.7m，總建筑面積為74150.16㎡;圖書館規劃擬建5層，建筑平面尺寸長94.3m、寬46.5m，總建筑面積為11399㎡;藝術中心規劃擬建4層，建筑平面尺寸長86m，寬60m，總建筑面積為9035㎡。三幢建筑物均采用框架結構。作者基于高密度電法勘探和鉆探方法，結合原位測試及土動力學測試等有效技術手段對擬建工程場地的地震地質條件進行了勘察分析，對場地所處的地震地質災害環境條件進行了評價。

1區域地質構造背景

擬建工程場地位于大同盆地次級構造單元朔州淺凹陷盆地內，大同盆地長225km，寬60km，受邊界斷裂控制，大同盆地形成一較寬闊且對稱的地塹，盆地內部同時被不同方向的活動斷裂解體成多個次級凹陷構造單元。自有歷史資料記載以來，大同盆地共發生過5級以上地震13次，其中6～6?級地震3次，分別為1022年大同-應縣間6?級地震、1305年懷仁6?級地震及1989年大同-陽高6.1級地震[1-2]。工程場地所在的朔州淺凹陷屬大同斷陷盆地最西南部的一個次級構造單元，凹陷總體走向NNE，它以馬邑—神武斷裂與東部山陰深凹陷相隔，北部和西北部邊界分別由神頭斷裂和管涔山山前斷裂所控制。據區域地質資料，沿神頭斷裂發育三個構造牽引成因的小凹陷，分別為下磨溝凹陷、沙澗凹陷、張家口凹陷，其中沙澗凹陷基巖埋深360.0m，下磨溝凹陷和張家口凹陷基巖埋深分別為304.0m和300.0m。據地質鉆孔揭露，朔州凹陷基底埋深總體表現為西厚東薄，北厚南薄，新生界厚度一般為180～200.0m，其中上新統平均厚度40.0m，下更新統厚度110.0m，中更新統厚度52.0m，上更新統厚度32.0m，由此推算可知，第四紀早更新世以來朔州凹陷沉降速率為0.07mm/a，中更新世以來沉降速率為0.08mm/a，晚更新世以來沉降速率為0.38mm/a[3-5]。綜合分析認為第四紀以來朔州凹陷沉降速率有逐漸增大趨勢，這與整個大同斷陷的沉降趨勢相一致，是大同盆地新構造運動較強烈的構造單元之一。

2區域第四系地層特征

朔州市地處桑干河流域沖積平原，北、西、南三面環山。結合地形地貌、地層巖性特征，可將朔州市區劃分為沖洪積傾斜平原區和沖積平原區2個一級地質單元[3-5]：

（一）Ⅰ沖洪積傾斜平原區

主要分布于朔州市區北、西兩側山前，總體地勢北高南低、西高東低，地形相對平緩、開闊，地面坡度介于3～15°，地面海拔高程介于1090m～1140m。區內地表所覆蓋的第四系松散堆積物主要為上更新統（Qp3）沖洪積物，其中上部0～40m為第四系上更新統（Qp3）粉土、粉質粘土層，其下為中更新統（Qp2） 及下更新統（Qp1）粉質粘土、中粗砂、卵石層，卵礫石分選差，磨圓度較差。該區由北向南、由西向東細粒土逐漸增厚，而中粗砂、卵石層逐漸變薄，卵石磨圓度逐漸變好，局部具極粗糙的斜交層理，有時夾有透鏡體和條帶狀的細粒碎屑和粘土混合體。

（二）Ⅱ沖積平原區

主要分布于朔州盆地中心桑干河、七里河及恢河流域，地勢平坦，地形開闊，地面坡度介于1～3°，地面海拔高程1060m～1100m。區內地表所覆蓋的第四系松散堆積物主要為第四系全新統（Qh）沖積物，層厚0～16m，巖性以粉土、粉質粘土、砂礫石層為主，其下為上更新統（Qp3）及中更新統（Qp2）粉質粘土、粉土、中粗砂、卵石層，卵石磨圓度中等，母巖成份以石英巖、砂巖為主。其中上更新統地層厚度約0～30m。

3目標場地地震地質條件分析

目標場地地震地質條件分析是指基于地質鉆孔勘探、地球物理勘探、原位測試及土工測試方法對場地進行工程地震條件勘察，確定工程場地內是否發育隱伏斷裂，是否具有產生砂土液化、地裂、滑坡、崩塌等地震地質災害的條件，并對工程場地未來在遭遇地震基本烈度地震影響時可能產生的地震地質災害進行分析評價。

3.1 工程場地高密度電阻率法探測

3.1.1電阻率CT測線布設

高密度電阻率法是隱伏斷裂探測的有效手段[6-8]，本次物探主要目的是利用電阻率CT法來探測工程場地內地層巖性界面是否連續，是否有隱伏斷裂通過。根據地震地質調查，在近場區范圍內的斷裂大多為近東-西走向，因此測線布設為南-北向與西-東向。本次在場地內共布設電阻率CT測線2條。測線布設參數見表1，工程場地測線布設位置見圖1。

3.1.2電阻率CT探測結果分析

①測線A～A解釋

該測線位于場地北部，起始測點在西，從測線A～A（圖2）可以看出，反演后的電阻率CT剖面在水平方向電阻率變化不大，垂直方向稍有變化，垂直大致可分為二層：

第一層，高阻層，在地下深約12.4m以上，阻值66.8～143Ω·m，上部土層由于含水率和密實度不同，電阻率曲線略有起伏，該層低部電阻率曲線近于水平分布。

第二層，低阻層，阻值10.5～66.8Ω·m，電阻率曲線連續且呈水平層狀分布。

②測線B～B解釋

該測線位于場地東部，起始測點在北，從測線B～B（圖3）可以看出，反演后的電阻率CT剖面在水平方向電阻率變化不大，垂直方向稍有變化。垂直大致可分為二層：

第一層，高阻層，在地下深約12.4m以上，阻值70.8～141.3Ω·m，上部土層由于含水率和密實度不同，電阻率曲線略有起伏，該層低部電阻率曲線近于水平分布。

第二層，低租層，阻值12.3～70.8Ω·m，電阻率曲線連續且呈近水平層狀分布。

綜合分析;從上述剖面整體上看，電阻率曲線呈水平狀分布，穩定連續，這主要是由于工程場地涉及沖洪積物，場地物性介質變化不大，根據地質調查及鉆孔揭露，場地松散層由第四系全新統雜填土、上更新統粉土、中更新統粉質粘土組成。根據上述地層對比分析，場地在探測深度范圍內，第四系上部地層連續穩定，場地地層呈水平狀分布，無異常現象。可以推斷場地內無隱伏斷裂發育。

3.2 工程場地地質鉆孔剖面勘察

鉆孔聯合剖面是隱伏斷裂探測的有效手段[9-10]，為了進一步與物探剖面進行比對分析，在工程場地內布設2個地質鉆孔聯合剖面，剖面布置圖見圖1，剖面地層巖性見圖4、圖5。

綜合兩個鉆孔剖面所揭示的地層，本工程場地第四系地層巖性由上至下可劃分為7層：

（1）第四系上更新統（Qp3）

①粉土（Qp3）：淺黃色，稍濕，稍密，含云母、氧化鐵，局部夾粉砂，搖振反應迅速，無光澤，干強度低，韌性低，層底埋深20.3～21.7m。

②粉土（Qp3）：褐黃色，中密，稍濕，含云母、氧化鐵，局部夾粉砂，搖振反應中等，無光澤，干強度低，韌性低，層底埋深34.1～36.2m。

③粉細砂（Qp3）：褐黃色， 飽和，密實，礦物成份以石英、長石為主，顆粒級配較差，層底深度35.9～37.8m。。

④粉土（Qp3）：褐黃色，中密，稍濕，含云母、氧化鐵，局部夾粉砂，搖振反應中等，無光澤，干強度低，韌性低，層底埋深44.7～48.4m。

（2）第四系中更新統（Qp2）

⑤粉質粘土（Qp2）：棕褐色，可塑，稍濕，含云母、氧化鐵，少量姜石、切面光滑，局部夾有薄層粉土、卵石層，無搖振反應，干強度高，韌性高，層底埋深52.6～56.4m。

⑥中粗砂（Qp2）：褐黃色， 飽和，密實，礦物成份以石英、長石為主，顆粒級配較差，層底深度54.1～58.8m。。

⑦粉質粘土（Qp2）：棕褐色，硬塑，稍濕，含云母、氧化鐵，少量姜石、切面光滑，局部夾有薄層粉土、卵石層，無搖振反應，干強度高，韌性高，揭露埋深80.0m。

3.3地下水位

據工程場地地震鉆孔資料，場地地下水位埋深在41.0～42.0m之間，場地地下水類型為新生界松散巖類孔隙淺水。

3.4場地土類型與建筑場地類別

（1）場地土類型

對所有鉆孔進行了原位剪切波速測試，測試間距2m，按照場地地震鉆孔土層等效剪切波速測試結果，計算出0～20.0m深度土層等效剪切波速值，見表2，根據《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）第4.1.3條的規定，判定本工程場地場地土類型為中軟土。

（2）建筑場地類別

據場地地震鉆孔土層剪切波速測試結果，場地覆蓋層厚度為60.0～62.0m，依據《建筑抗震設計規范》第4.1.6條規定，確定本工程建筑場地類別為Ⅲ類。

3.5工程場地地震地質災害評價

（1）砂土液化

工程場地處于沖洪積傾斜平原區，地下水位埋深介于41.0～42.0m，場地地表無全新統粉土、粉細砂層發育，根據《建筑抗震設計規范》第4.3.3條的規定，判定工程場地不會產生地震砂土液化現象。

（2）地震震陷

由場地地質鉆孔分析，工程場地地下0～80m無軟土層分布;場地等效剪切波速大于地震震陷臨界等效剪切波速90m/s。依據《巖土工程勘察規范》（GB50021—2001）第5.7.11條補充規定，未來在遭遇地震基本烈度Ⅶ度地震影響時，可不考慮地震震陷對場地的影響。

（3）地震滑坡及地震崩塌

工程場地內地形平坦，地形開闊，最大高差2.0m，無地貌陡坎及凌空面分布，場地未來在遭遇地震基本烈度Ⅶ度地震影響時，不會產生地震滑坡與崩塌地質災害。

4結論

（1）工程場地位于大同斷陷盆地次級構造單元朔州凹陷內，第四紀以來朔州凹陷沉降速率有逐漸增大趨勢，是大同盆地新構造運動較強烈的構造單元之一。

（2）綜合高密度電法及鉆孔聯合剖面方法對工程場地進行地震地質條件勘察，勘察結果表明場地在探測深度范圍內，第四系上部地層連續穩定，場地內無第四紀隱伏斷裂發育。

（3）對場地內地質鉆孔進行原位剪切波速測試，測試結果表明，目標場地場地土類型為中軟土，建筑場地類別為Ⅲ類。

（4）本次勘察表明目標未來在遭遇地震基本烈度Ⅶ度影響時，場地不具備產生地震砂土液化、地表錯動、震陷、崩塌及滑坡地震地質災害的條件。

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